鑄造五千年前"中華第一刀"　那時的青銅是怎樣煉成的?

　　原標題：從“中華第一刀”述說銅的前世今生

　　●馮俊禮

　　2023年5月8日，“文明匯聚·光耀河州——史前文化臨夏論壇”在臨夏市開幕，臨夏出土的不少史前文物引起專家學者的濃厚興趣和熱情關注。

　　臨夏不僅出土了享譽全國的“彩陶王”、史前三大名盆之一的馬家窯類型弧線水波紋彩陶盆，也出土了被譽為“中華第一刀”的馬家窯文化青銅刀、被譽為“天下第一鏡”的齊家文化青銅鏡。其中，最引人矚目的是東鄉縣東塬鄉林家村林家遺址出土的一把青銅刀。

　　為什么這把青銅刀被譽為“中華第一刀”呢？原來，這把長12.7厘米、寬2.5厘米的銅刀，由錫青銅模鑄而成，刀身薄厚均勻，短柄長刃，是中國目前發現最早的青銅器，把我國制作青銅器的歷史提早了1000年。

　　銅是人類最早使用的金屬，是與人類關系十分親密的有色金屬，被普遍地應用于電氣、輕工、機械制造、建筑等工業領域，在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁。銅在元素周期表中位于第4周期IB族。純銅呈紫紅色，故又稱紫銅。密度為8.96g/cm^3，比鐵略大，熔點為1083℃，具有優良的導電性、導熱性、延展性和耐腐蝕性。

　　制造銅器所用的銅一般不是純銅，而是銅合金。因為純銅質地比較柔軟，非常容易彎曲，所以鑄造刀劍、工具及器物時不用純銅。那么什么是合金呢？合金有什么優點？

　　把兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質叫作合金。合金具有如下特性，一是具有比各成分中金屬更大的硬度，如鎂鋁合金比鎂和鋁都硬。二是熔點一般比其中任一成分金屬低，如一般家用保險絲大都是用鉛（不少于98%）和銻（0.3%-1.5%）的合金制成。鉛的熔點為327℃，銻的熔點為630.5℃，而合金的熔點僅僅為246℃。三是導電性低于任一成分金屬。四是有的抗腐蝕能力強，如不銹鋼比鐵抗腐蝕能力強。

　　銅合金是以純銅為基體加入一種或幾種其他元素所構成的合金。銅能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵、硅等金屬和非金屬形成合金。形成的合金主要分為3類：黃銅、青銅、白銅。黃銅是銅鋅合金，以鋅為主要添加元素。添加3種以上元素的黃銅稱為特殊黃銅或復雜黃銅。黃銅的機械性能和耐磨性能都很好，可用于制造精密儀器、船舶零件、槍炮的彈殼等。黃銅聽起來聲音好聽，所以鑼、鈸、鈴、號等樂器都是用黃銅制作的。青銅原指銅錫合金，后來除黃銅、白銅以外的銅合金均稱青銅，并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能、耐磨性能和機械性能好，適合于制造軸承、渦輪、齒輪等。鉛青銅是現代發動機和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強度高，耐磨性和耐腐蝕性好，用于鑄造高載荷的齒輪、軸套、船用螺旋槳等。白銅是以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱為普通白銅；加有錳、鐵、鋅、鋁等元素的銅合金稱為復雜白銅。工業用白銅分為結構白銅和電工白銅兩大類。前者的特點是機械性能和耐腐蝕性好，色澤美觀。這種白銅廣泛用于制造精密機械、化工機械和船舶構件，后者一般有良好的熱電性能。

　　世界上各古老的文化發源地在使用和冶煉金屬的歷史上，都是銅先于鐵，這是一個普遍規律。那這又是為什么呢？其原因是，在金屬活動性“排行榜”中，銅排在鐵之后，它的還原性比鐵弱，要從化合態中把它還原成游離態相對容易一些。說到這兒，你們會問我國古代銅是怎樣煉成的呢？

　　銅在地殼中的含量約為0.01%，在自然界中銅多以化合態存在。常見的銅礦石有黃銅礦、輝銅礦、孔雀石、赤銅礦、膽礬等。

　　我國古代煉銅主要有2種方法。一種是濕法煉銅。西漢時期劉安所著的《淮南萬畢術》中有“曾青得鐵則化為銅”的記載，其含義是把鐵放入硫酸銅溶液中，可以置換出單質銅，這種方法是現代濕法冶金的先驅。沈括所著的《夢溪筆談》有“信州鉛山縣有苦泉，流以為澗。挹其水熬之，則成膽礬。烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜亦化為銅。”“烹膽礬則成銅”說的是五水合硫酸銅受熱最終分解得到單質銅。“熬膽礬鐵釜亦化為銅”說的仍然是單質鐵與硫酸銅溶液發生置換反應，得到單質銅。濕法冶銅也稱膽銅法，其生產過程主要包括2個步驟，一是浸銅，把鐵放在膽礬溶液中，使膽礬溶液中的銅離子被鐵置換成單質銅沉積下來；二是將沉積的銅粉收集起來，再加以熔煉。到南宋時，膽銅占總產量的85%。世界濕法冶銅第一人，北宋學者張潛，根據前人記述和自己長期實踐經驗，總結出一套比較完整的膽水浸銅技術，寫成濕法冶銅專著《浸銅要略》，命其子張甲獻給朝廷，這種技術因“用費少而收功博”，“歲收銅百萬”，受到朝廷嘉獎。

　　另一種是火法煉銅。據考證，商代的火法煉銅，主要是以孔雀石和木炭為原料，在高溫下灼燒。其原理是，讓孔雀石首先分解得到氧化銅。再用還原劑木炭和一氧化碳在較高溫度下與氧化銅發生氧化還原反應，還原制得單質銅。

　　“中華第一刀”經過碳-14年代測定，約在公元前3280年至公元前2740年之間，它是迄今為止中國發現最早的青銅器，距今已有5000年的歷史，將我國青銅器的制造歷史整整向前挪了1000年。小小銅刀，輕輕劃開了我國青銅器時代的序幕，我為自己的家鄉在史前文化發展中的重要地位感到自豪。